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1、基于人工微结构太赫兹功效器件研究基于人工微结构太赫兹功效器件研究汇报人：韩家广汇报人：韩家广汇报人：韩家广汇报人：韩家广 教授教授教授教授天津大学天津大学-太赫兹研究中心太赫兹研究中心http:/http:/12月16日，北京中国科协青年科学家论坛中国科协青年科学家论坛第1页个人简历：北京师范大学物理系，本科年：中科院上海应用物理研究所，博士年20：美国俄克拉荷马州立大学电机工程系 博士后，合作导师：张伟力教授2020：新加坡国立大学物理系 李光耀学者，独立研究20归国，天津大学精密仪器与光电子工程学院 教授、博导，太赫兹平台及团体建设THz Photonics第2页3 天津大学太赫兹研究中心
2、天津大学太赫兹研究中心研究队伍研究队伍THz Photonics张伟力张伟力 教授教授长江特聘长江特聘欧阳春梅欧阳春梅 副教授副教授韩家广韩家广 教授教授新世纪人才新世纪人才田震田震 博士博士 谷建强博士谷建强博士首批公派联合培养博士首批公派联合培养博士何明霞何明霞 副教授副教授q宽频太赫兹源宽频太赫兹源宽频太赫兹源宽频太赫兹源q太赫兹超材料太赫兹超材料太赫兹超材料太赫兹超材料q太赫兹雷达太赫兹雷达太赫兹雷达太赫兹雷达q表面等离子激元表面等离子激元表面等离子激元表面等离子激元q非线性太赫兹光学非线性太赫兹光学非线性太赫兹光学非线性太赫兹光学第3页THz Photonics 天津大学太赫兹研究中
3、心天津大学太赫兹研究中心研究介绍研究介绍第4页性能：性能：高稳定性高稳定性宽可用带宽宽可用带宽高信噪比高信噪比第5页太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：）：Teraspectra-F 基于基于1560nm1560nm光纤飞秒激光去全光纤太赫兹时域光谱系统光纤飞秒激光去全光纤太赫兹时域光谱系统THz Photonics第6页太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：）：Teraspectra-A 基于基于air plasmon air plasmon 宽带太赫兹时域光谱系统宽带太赫兹时域光谱系统THz Photonics第7页太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪 （TH
4、z-TDS）：）：Teraspectra-H 基于波面倾斜技术高功率太赫兹时域光谱系统基于波面倾斜技术高功率太赫兹时域光谱系统THz Photonics第8页太赫兹雷达系统太赫兹雷达系统：Teraspectra-Radar基于太赫兹时域光谱技术太赫兹雷达系统基于太赫兹时域光谱技术太赫兹雷达系统THz Photonics第9页Amplifier 8WAmplifier 8WFiber THz SystemFiber THz SystemTHz radarTHz radar8F THz-TDS8F THz-TDS天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中
5、心Tianjin UniversityCryogenic(1.5 K)+Cryogenic(1.5 K)+Magnetic(7.0T)Magnetic(7.0T)第10页q 太赫兹波频率位于微波与可见光之间，太赫兹波频率位于微波与可见光之间，波长在几百个微米量级波长在几百个微米量级q 太赫兹研究正处于从基础研究到重大应太赫兹研究正处于从基础研究到重大应 用临界点用临界点1 THz 0.3 mm 33 cm-1 4.2 meVWavelength(m)10-1310-1110-910-710-510-310-110GammaRaysX-RaysUVVisibleIRMicrowaveRadioT
6、erahertz Wave0.1-10 THz太赫兹波太赫兹波太赫兹波太赫兹波天天津津大大学学THz Photonics第11页空间微小碎片探测空间微小碎片探测空间中、微碎片（d3mm）危害：损毁、腐蚀法国 CERISE 卫星和国际空间站警示太赫兹雷达优势分辨率战略太空预警战略太空预警q美国X-37B空天战机试飞及太空预警必要性q太赫兹雷达在太空侦测中可能性衰减小q太赫兹雷达优势反隐形12n行波管太赫兹源频率不高，无法深入提升分辨率，反隐形能力受限制行波管太赫兹源频率不高，无法深入提升分辨率，反隐形能力受限制n缺乏太赫兹隐形和反隐形器件缺乏太赫兹隐形和反隐形器件天津大学天津大学太赫兹波太赫兹波
7、太赫兹波太赫兹波天天津津大大学学第12页太赫兹无线网太赫兹无线网太赫兹无线网必定性后15 Gb/s传输速度必定要求利用太赫兹对烟雾穿透效果好，适合复杂战场环境在大气中衰减赋予保密性广播能力太赫兹空间通信太赫兹空间通信发散性好，易于通信定位与穿越大气层阶段飞行器进行通信独有优势美国0.6 THz明码空间通信我国无法解读！13n缺乏高速太赫兹调制器件，无法对太赫兹载波高速加载大量信息缺乏高速太赫兹调制器件，无法对太赫兹载波高速加载大量信息太赫兹太赫兹太赫兹太赫兹天天津津大大学学第13页物质成份分析物质成份分析太赫兹能准确、快速判别不一样标号汽油，对油品输送及建设含有重大社会意义众多危险品在特征峰覆
8、盖了整个太赫兹波段，而现有光源频率不够宽。人员安检成像人员安检成像qX射线对人体伤害q太赫兹穿透衣物能力和安全光子能量q英美已广泛使用，我国当前尚不能生产14n气体等离子体可产生超宽带高功率脉冲太赫兹，但其泵浦源为飞秒激光气体等离子体可产生超宽带高功率脉冲太赫兹，但其泵浦源为飞秒激光放大级，体积大、花费高放大级，体积大、花费高n缺乏新超宽带高功率太赫兹产生机制缺乏新超宽带高功率太赫兹产生机制n太赫兹成像中探测速度还不够快，难满足民用需求太赫兹成像中探测速度还不够快，难满足民用需求n缺乏含有极窄特征峰传感器件缺乏含有极窄特征峰传感器件太赫兹波太赫兹波太赫兹波太赫兹波天天津津大大学学第14页研究方
9、向天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心p采取人工微结构，实现了宽频太赫兹光偏光器件，以及宽带采取人工微结构，实现了宽频太赫兹光偏光器件，以及宽带平面透镜。平面透镜。pAdvanced Materials 25，4567（）.第15页研究方向p采取人工微结构，实现了宽频太赫兹光偏光器件，以及宽带采取人工微结构，实现了宽频太赫兹光偏光器件，以及宽带平面透镜。平面透镜。pAdvanced Materials 25，4567（）.天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心第16页研究方向天津大学太赫兹研究
10、中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心p提出并试验证实超材料中提出并试验证实超材料中主动式电磁诱导透明（主动式电磁诱导透明（EITEIT），实现了太，实现了太赫兹脉冲群延迟主动调控，用于太赫兹主动慢光器件赫兹脉冲群延迟主动调控，用于太赫兹主动慢光器件 pNature Communications3,1151()第17页Plasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyActive Contr
11、olJ.Gu et al,Nature Communications 3,1151()第18页研究方向天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心相相关关研研究究工工作作被被美美国国材材料料学学会会进进行行了了相相关关报报道道。第19页Plasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyBroadband Z.Zhu et al,Nanotechnology 24，214003（)
12、第20页Plasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyPlasmon-induced transparencyBroadband Z.Zhu et al,Nanotechnology 24，214003（)THz Photonics第21页p采取双折射晶体，首次在采取双折射晶体，首次在太赫兹太赫兹波段波段实现了大尺寸实现了大尺寸三维隐身三维隐身，为大面积太赫兹隐身应用提供了有力证据。为大面积太赫兹隐身应用提供了有力证据。pAdvanced Materials 24,916(
13、).研究方向天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心第22页Z.Tian et al.Opt.Express 18，12482（）太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究2.太赫兹开关器件太赫兹开关器件THz Photonics第23页Xueqian Zhang et al.Opt.Lett.37:906()Q.Li et al.App.Phys.A.107:285()太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究3.太赫兹滤波器件太赫兹滤波器件第24页J.Zhu et al.Opt.Commun.284,3129()太
14、赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究4.主动调频器件主动调频器件第25页太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件5.太赫兹极化控制器太赫兹极化控制器Longqing Cong et al.New J.Phys.14,115013()第26页太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件6.太赫兹旋光器件太赫兹旋光器件Longqing Cong et al.Appl.Phys.Lett.103,171107()第27页太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件7.太赫兹四分之一波片太赫兹四分之一波片Longqing Cong et al.Laser and Photonics Revi
15、ew()第28页太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究太赫兹器件研究8.低损耗谐振器件低损耗谐振器件第29页Surface Plasmon Surface Plasmon SensorsSensorsCoating thickness effect ksp=k|+mGx+nGy,J.Han et al.J.App.Phys.103,033108()太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件9.太赫兹传感器太赫兹传感器第30页Y.Yang et al.,App.Phys.Lett.98,121114()太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件10.太赫兹调幅器件太赫兹调幅器件第31页8.Non
16、linearC.Zhang et al.,App.Phys.Lett.102,081121()太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件太赫兹器件11.太赫兹非线性器件太赫兹非线性器件第32页研究方向太赫兹与物质太赫兹与物质相互作用相互作用人工介质人工介质p实现自然界物质所不含有或不轻易实现自然界物质所不含有或不轻易实现奇异特征。实现奇异特征。常规材料常规材料p探索光与物质相互作用微观机制和机探索光与物质相互作用微观机制和机理。理。RotationalVibrationalElectronic天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心天津大学太赫兹研究中心第33页p：我国第一台太赫
17、兹时域雷达：我国第一台太赫兹时域雷达p基于飞秒激光振荡器，高信噪比、宽频、高距离分辨能力基于飞秒激光振荡器，高信噪比、宽频、高距离分辨能力p成功实现成功实现坦克缩比模型散射截面（坦克缩比模型散射截面（RCS）测量）测量p军事、飞船与空间轨道站对接监控军事、飞船与空间轨道站对接监控 研究方向研究方向太赫兹雷达太赫兹雷达太太赫赫兹兹RCSRCS雷雷达达优优势势（与与微微波波雷达比较）：雷达比较）：u极高空间分辨率和角分辨率极高空间分辨率和角分辨率（波长短）（波长短）u简简单单全全相相参参探探测测方方式式 (脉脉冲冲技术）技术）u强劲烟雾穿透能力强劲烟雾穿透能力u反隐身能力（微波段隐身设反隐身能力（微波段隐身设计不适合用于太赫兹波段；宽计不适合用于太赫兹波段；宽频特征）频特征）第34页研究方向研究方向太赫兹光谱仪太赫兹光谱仪中国计量院中国计量院中国科学院中国科学院航天二院航天二院高等院校高等院校u太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪Ultrafast Photonics第35页谢谢各位教授！希望与各位老师取得更多合作！谢谢各位教授！希望与各位老师取得更多合作！韩家广韩家广,天津大学太赫兹研究中心，天津大学太赫兹研究中心，http:/http:/第36页